3D打印用多重回旋挤出机及控制系统

摘要

本发明公开了一种3D打印用多重回旋挤出机，包括机壳，所述机壳的一端设有驱动系统；螺杆挤出系统，所述螺杆挤出系统设于所述机壳内，所述螺杆挤出系统由分内外嵌套的至少两重螺杆构成，至少一个螺杆由所述驱动系统驱动。本发明的挤出机大幅度缩小了长度，使工业级3D打印机的尺寸进一步缩小。本发明流量输出稳定、精度高，能耗低，热能利用率高。本发明轻量化、小型化、能耗低、加热效率高、输出流量稳定，设计新颖，实用性强，易于推广应用，具有极高的经济价值。

权利要求

1.一种3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，包括：

机壳，所述机壳的一端设有驱动系统；

螺杆挤出系统，所述螺杆挤出系统设于所述机壳内，所述螺杆挤出系统由分内外嵌套的至少两重螺杆构成，其中，至少一个螺杆由所述驱动系统驱动；

所述螺杆挤出系统由外至内依次包括有一级螺杆、二级螺杆、三级螺杆；所述一级螺杆、二级螺杆内分别设有空腔；所述机壳与一级螺杆之间形成一级热流道，所述二级螺杆与一级螺杆之间形成二级热流道，所述三级螺杆与所述二级螺杆之间形成三级热流道；

所述一级螺杆的螺旋角小于二级螺杆的螺旋角，所述二级螺杆的螺旋角小于三级螺杆的螺旋角，并且所述一级螺杆和二级螺杆的螺旋槽截面积沿流体流动方向逐渐减小，所述三级螺杆的螺旋槽截面积沿流体流动方向不变。

2.根据权利要求1所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述一级热流道上设有用于排放材料产生气体的第一微孔。

3.根据权利要求1所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，物料在一级热流道中的理论挤出量大于物料在二级热流道中的理论挤出量，物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在三级热流道中的理论挤出量，其中，物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额定的挤出量阈值范围之内。

4.根据权利要求1所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述一级热流道、二级热流道、三级热流道依次串联相通形成连续通道。

5.根据权利要求1所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述一级螺杆、二级螺杆、三级螺杆中的一个或者多个由驱动系统驱动转动。

6.根据权利要求5所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述一级螺杆由驱动系统驱动。

7.根据权利要求6所述的3D打印用多重回旋挤出机，所述三级螺杆与所述一级螺杆固定连接并同步驱动。

8.根据权利要求7所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述二级螺杆与机壳处于静止状态。

9.根据权利要求8所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述一级热流道的截面积从上到下逐渐降低。

10.根据权利要求8所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述二级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐降低。

11.根据权利要求8所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述三级热流道的截面积从上往下逐渐降低。

12.根据权利要求8所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述三级螺杆的下方设有一喷嘴系统，所述喷嘴系统与三级热流道处于导通状态。

13.根据权利要求12所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述喷嘴系统的两侧还分别设有压力传感器和流量传感器。

14.根据权利要求12所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述机壳的一侧设有进料口。

15.根据权利要求14所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述进料口与供料系统通过管路相连。

16.根据权利要求15所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述供料系统是气动供料系统，所述气动供料系统将颗粒状或粉末状的物料输送到进料口并顺次通过一级热流道、二级热流道、三级热流道、喷嘴系统，物料接近一级热流道末端时物料已经完全熔化。

17.根据权利要求16所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，物料在一级热流道、二级热流道、三级热流道中的输送路径呈连续的N字形。

18.根据权利要求17所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述机壳上还设有一用以排放气动供料系统所导入气体的出风口。

19.根据权利要求18所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于， 所述出风口还设有一过滤网。

20.根据权利要求19所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述机壳的外侧还设有加热装置。

21.根据权利要求20所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述加热装置为电加热装置。

22.根据权利要求21所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述电加热装置还与一温控系统相连，所述温控系统控制所述电加热装置的发热量。

23.根据权利要求22所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述气动供料系统还包括一预热烘干装置，所述预热烘干装置将固体物料预热至预设的温度并烘干物料中的水分。

24.根据权利要求12所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述驱动系统是减速电机。

25.根据权利要求24所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述减速电机通过法兰盘与一级螺杆可拆卸连接。

26.根据权利要求25所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述喷嘴系统包括有至少一套3D打印用喷嘴。

27.根据权利要求26所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述喷嘴系统包括有4套3D打印用喷嘴。

28.根据权利要求15所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述供料系统所输送的固体物料为热塑性的固体材料。

29.根据权利要求28所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述固体物料是金属粉末、陶瓷颗粒、玻璃粉末、塑胶颗粒中的一种或多种。

30.根据权利要求1所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述机壳采用耐腐蚀材料制成。

31.根据权利要求1至19任一项所述的3D打印用多重回旋挤出机，其特征在于，所述机壳内壁靠近所述一级热流道进料端处设有进料锥口。

说明书

3D打印用多重回旋挤出机及控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及3D打印技术领域，尤其涉及一种3D打印用多重回旋挤出机。

背景技术

[0002] 3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造。3D打印综合了数字建模技术、机电控制
技术、信息技术、材料科学与化学等诸多领域的前沿技术，是快速成型技术的一种，被誉为
“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，3D打印不必事先制造模具，不必在制
造过程中去除大量的材料，也不必通过复杂的锻造工艺就可以得到最终产品，因此，在生产
上可以实现结构优化、节约材料和节省能源。3D打印技术适合于新产品开发、快速单件及小
批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等，也适合于难加工材料的制造、
外形设计检查、装配检验和快速反求工程等。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的
关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。目前，3D打印已应用于产品原型、模具
制造、艺术创意产品、珠宝制作等领域，可替代这些领域所依赖的传统精细加工工艺。除此
之外，在生物工程与医学、建筑、服装等领域，3D打印技术的引入也为其开拓了更广阔的发
展空间。

[0003] 3D打印需要使用到挤出机，然而现有的挤出机存在着如下问题：1、挤出机长度较长，使3D打印机体积庞大、自重较大；2、现有的挤出机能耗高；3、挤出机输出流量不稳定，这
些问题亟待解决。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术之不足而提供一种3D打印用多重回旋挤出机，具有轻量化、小型化、能耗低、散热面积减小、加热效率高、输出流量稳定等优点。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种3D打印用多重回旋挤出机，包括：

[0006] 机壳，所述机壳的一端设有驱动系统；

[0007] 螺杆挤出系统，所述螺杆挤出系统设于所述机壳内，所述螺杆挤出系统由分内外嵌套的至少两重螺杆构成，其中，至少一个螺杆由所述驱动系统驱动。

[0008] 优选的，所述螺杆挤出系统由外至内依次包括有一级螺杆、二级螺杆、三级螺杆；所述一级螺杆、二级螺杆内分别设有空腔；所述机壳与一级螺杆之间形成一级热流道，所述
二级螺杆与一级螺杆之间形成二级热流道，所述三级螺杆与所述二级螺杆之间形成三级热
流道。

[0009] 优选的，所述一级螺杆的螺旋角小于二级螺杆的螺旋角，所述二级螺杆的螺旋角小于三级螺杆的螺旋角。

[0010] 优选的，所述一级热流道上设有用于排放材料产生气体的第一微孔。

[0011] 优选的，所述二级热流道与三级热流道的交汇处设有用于排放材料产生气体的第二微孔。第二微孔根据需要可设置一个或数个。

[0012] 优选的，所述物料在一级热流道中的理论挤出量大于物料在二级热流道中的理论挤出量，物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在三级热流道中的理论挤出量，其中，
物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额定的挤出量阈值范围之内。

[0013] 优选的，所述一级热流道、二级热流道、三级热流道依次串联相通形成连续通道。

[0014] 优选的，所述一级螺杆、二级螺杆、三级螺杆中的一个或者多个由驱动系统驱动转动。

[0015] 优选的，所述一级螺杆由驱动系统驱动。

[0016] 优选的，所述三级螺杆与所述一级螺杆固定连接并同步驱动。

[0017] 优选的，所述二级螺杆与机壳处于静止状态。所述二级螺杆与机壳固定连接，二级螺杆不转动。

[0018] 优选的，所述一级热流道的截面积从上到下逐渐降低。

[0019] 优选的，所述二级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐降低。

[0020] 优选的，所述三级热流道的截面积从上往下逐渐降低。

[0021] 即，所述一级热流道、二级热流道、三级热流道的截面积沿流体流动方向逐渐降低。

[0022] 优选的，所述第三螺杆的下方设有一喷嘴系统，所述喷嘴系统与三级热流道处于导通状态。

[0023] 优选的，所述喷嘴系统的两侧还分别设有压力传感器和流量传感器。

[0024] 优选的，所述机壳的一侧设有进料口。

[0025] 优选的，所述进料口与供料系统通过管路相连。

[0026] 优选的，所述供料系统是气动供料系统，所述气动供料系统将颗粒状或粉末状的物料输送到进料口并顺次通过一级热流道、二级热流道、三级热流道、喷嘴系统，物料接近
一级热流道末端时物料已经完全熔化。

[0027] 优选的，物料在一级热流道、二级热流道、三级热流道中的输送路径呈连续的N字形。

[0028] 优选的，所述机壳上还设有一用以排放气动供料系统所导入气体的出风口。

[0029] 优选的，所述出风口还设有一过滤网。

[0030] 优选的，所述机壳的外侧还设有加热装置。

[0031] 优选的，所述加热装置为电加热装置。

[0032] 优选的，所述电加热装置还与一温控系统相连，所述温控系统控制所述电加热装置的发热量。

[0033] 优选的，所述气动供料系统还包括一预热烘干装置，所述预热烘干装置将固体物料预热至预设的温度并烘干物料中的水分。

[0034] 优选的，所述驱动系统是减速电机。

[0035] 优选的，所述减速电机通过法兰盘与一级螺杆可拆卸连接。

[0036] 优选的，所述喷嘴系统包括有至少一套3D打印用喷嘴。

[0037] 优选的，所述喷嘴系统包括有4套或6套3D打印用喷嘴。

[0038] 优选的，所述供料系统所输送的固体物料为热塑性的固体材料。更为广泛的，本发明可输入各种工业物料，如各种注塑物料。

[0039] 优选的，所述固体物料是金属粉末、陶瓷颗粒、玻璃粉末、塑胶颗粒中的一种或多种。

[0040] 优选的，所述机壳采用耐腐蚀材料制成。或者，机壳的内壁设置有耐腐蚀的涂层。

[0041] 优选的，所述机壳内壁靠近所述一级热流道进料端处设有进料锥口。

[0042] 本发明还提供一种控制系统，包括：

[0043] 控制电路；

[0044] 温控系统，所述温控系统与控制电路电连接；

[0045] 压力传感器，所述压力传感器与控制电路电连接；

[0046] 流量传感器，所述流量传感器与控制电路电连接；

[0047] 驱动系统，所述驱动系统与控制电路电连接，

[0048] 其中，所述温控系统通过反馈调节控制固体物料的熔化状态，所述压力传感器、流量传感器监测三级热流道出口处熔融态物料的压力、流量参数并回传至控制电路，控制电
路根据压力、流量参数反馈调节驱动系统的动力输出参数，使熔融态物料从喷嘴流出时的
实际流量处于预设的流量阈值范围内。

[0049] 优选的，所述控制电路设于一电控箱内，所述电控箱上还设有一显示屏。

[0050] 本发明的有益效果是：

[0051] 1、本发明的挤出机大幅度缩小了长度且直径增加不多，使工业级3D打印机的尺寸可以进一步缩小，本发明的挤出机相对于现有的挤出机还缩小了体积。

[0052] 2、本发明通过设置多重螺杆，外层螺杆的直径变大，在同样的挤出量情况下导致外层螺杆的螺旋角可以变平缓，使流体材料在螺杆上的滑差变小，因此能产生更大的推进
力，使后级螺杆流道中的材料减少滑动，使后级螺杆的热流道中的挤出量更接近于理论值，
经过多级逼近理论值最终实现材料的定压定量稳定输出。一级螺杆的直径大于二级螺杆，
二级螺杆的直径大于三级螺杆的直径，一级螺杆的导程小于二级螺杆的导程，二级螺杆的
导程小于三级螺杆的导程，一级螺杆的螺旋角平缓于二级螺杆的螺旋角，二级螺杆的螺旋
角平缓于三级螺杆的螺旋角在前两级螺杆的作用下，物料能保持与第三螺杆相匹配的速度
前进，这是单一一根螺杆难以做到的。

[0053] 3、螺旋角越陡峭，物料(流体或者包含流体的多相物料)在挤出过程中越容易打滑，而一级螺杆的螺旋角很平缓，物料不容易打滑，所以虽然二级螺杆、三级螺杆在挤出过
程中，物料容易打滑，但是由于一级螺杆在外部，物料无法反方向运动，这就迫使物料单方
向向前运动。如果是单一螺杆，虽然也可以实现多级变化，但是由于直径很接近，在相同挤
出量的情况下，螺旋角的变化范围难以有较大的差别，即使使用不同的直径直线排列(在直
线方向上分段设置)也会导致散热面积大、热效率降低并且长度增加、体积变大，不利于3D
打印机的轻量化和小型化，在大型打印机上由于工作台非常巨大，一般都是打印头移动，所
增加的重量会影响打印头的打印运动灵活性，从而降低打印速度，增加的重量也使打印机
的运动支撑机构的载荷变大，动态刚度降低，这些都不利于高效率、高精度打印。

[0054] 4、本发明采用多重回旋挤出技术，3D打印用物料在连续的N字形的一级热流道、二级热流道、三级热流道中经过加热熔化、由于流向反复改变，搅拌效果非常明显，使物料中
各组分混合更加均匀，特别是有些的微量的添加剂在这种高效的搅拌机制下，充分分散到
材料的各部分，增加了最终固化材料的各向同性。

[0055] 5、由于多重回旋在同样的挤出量的情况下长度缩短、直径略有变大，但总的体积和总的表面积减小，使散热面积减小，因此能耗低。热能利用率高，更加低碳、绿色、节能、环
保。

[0056] 6、本发明还采用反馈调节机制，进一步提升了对输出流量的控制精度。

[0057] 7、本发明稳定性好，可靠性佳，操作使用方便，设计新颖，实用性强，易于推广应用。

附图说明

[0058] 图1是本发明一实施例的整体结构示意图；

[0059] 图2是本发明的控制系统的原理框图；

[0060] 图3是图2的进一步细化的原理框图；

[0061] 附图标记：

[0062] 驱动系统10；螺杆挤出系统20；一级螺杆201；二级螺杆202；第二微孔2021；三级螺杆203；加热装置30；喷嘴系统40；进料口50；出风口501；供料系统51；压力传感器61；流量传
感器62；控制电路70；机壳80；进料锥口801。

[0063] 本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

[0064] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0065] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0066] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元
件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。

[0067] 在大型工业级3D打印机进行打印时，现有的打印头不能适应现有多种工业材料，如注塑材料，如果要使打印头适应多种材料则需要使用类注塑机的进料机构，但是注塑机
的进料机构(挤出机构)是非常笨重的，其自重非常大；大型3D打印机需要保持工作台不动、
打印头运动，此时，打印头的自重就显著影响打印头的运动灵活性、运动加速度，而挤出机
构作为打印头的一部分对其自重影响较大，当打印头的自重和体积都迫切需要轻量化、小
型化，挤出机构也随之需要轻量化、小型化。而本发明实现了一种轻量化、小型化的挤出机，
适应多种工业物料，大大降低了打印头的自重。具体进行如下阐述。

[0068] 请参阅图1，本发明提供一种3D打印用多重回旋挤出机，包括机壳80，所述机壳80的一端设有驱动系统10；螺杆挤出系统20，所述螺杆挤出系统20设于所述机壳80内，所述螺
杆挤出系统20由分内外嵌套的至少两重螺杆构成，至少一个螺杆由所述驱动系统10驱动。

[0069] 在上述实施例中，通过设置至少两重螺杆，形成多重回旋挤出机构，实现在小空间范围内，延长物料输送的长度，延长了加热时间、搅拌时间，使物料加热熔化、混匀更加彻
底。在使用时，驱动系统10位于机壳80的上方。本发明回旋挤出物料，大幅度降低了螺杆的
长度，进而降低了挤出机的长度，使挤出机与工业级3D打印机相配合，有利于进一步降低工
业级3D打印机的无效部分的尺寸。

[0070] 本发明的一个实施例，所述螺杆挤出系统20由外至内依次包括有一级螺杆201、二级螺杆202、三级螺杆203；所述一级螺杆201、二级螺杆202内分别设有空腔，三级螺杆203如
果是最后一级螺杆则空腔不是必须设置的；所述机壳80内壁与一级螺杆201之间形成一级
热流道，所述二级螺杆202与一级螺杆201内壁之间形成二级热流道，所述三级螺杆203与所
述二级螺杆202内壁之间形成三级热流道。

[0071] 在上述实施例中，设置了三重螺杆，这是本发明的优选实施方式。

[0072] 本发明的一个实施例，所述一级螺杆201的螺旋角平缓于二级螺杆202的螺旋角，所述二级螺杆202的螺旋角平缓于三级螺杆203的螺旋角。

[0073] 本发明的一个实施例，所述二级热流道与三级热流道的交汇处设有用于排放材料产生气体的第二微孔2021，避免气体残留在物料中而影响打印质量。该第二微孔2021由于
口径非常小，也不会使高粘度熔融材料泄漏。气体从二级热流道的上段的第二微孔2021释
放，假如有随气体从第二微孔2021喷出的微量物料又会被一级螺杆201带入一级热流道内，
避免物料浪费。

[0074] 本发明的一个实施例，所述物料在一级热流道中的理论挤出量大于物料在二级热流道中的理论挤出量，物料在二级热流道中的理论挤出量大于物料在三级热流道中的理论
挤出量，其中，物料在三级热流道中的理论挤出量处于物料额定的挤出量阈值范围之内。在
具体制作的时候，可以设置三级螺杆的理论挤出量之比。

[0075] 本发明的一个实施例，所述一级热流道、二级热流道、三级热流道依次串联相通形成连续通道。具体而言，一级热流道的下端与二级热流道的下端相导通，二级热流道的上端
与三级热流道的上端相导通。

[0076] 本发明的一个实施例，所述一级螺杆201、二级螺杆202、三级螺杆203中的一个或者多个由驱动系统10驱动转动。更为进一步的讲，驱动系统10还可以设置有多个，如设置驱
动系统一、驱动系统二、驱动系统三，如此，每一驱动系统10皆单独驱动一螺杆。使它们的挤
出速度之比可调节，或者，是它们之间的任意组合和等效变换。均可保证本发明的实施。此
外，需要指出的是，本发明还可以设置四重螺杆、五重螺杆、六重螺杆或者更多重螺杆，以此
来进一步的增强本发明的功能。可以预见的是，通过进一步增加螺杆的数量，可以进一步降
低挤出机的长度，但是，也伴随着加工难度的增高。此外，若设置更多重螺杆则会出现挤出
机的宽度增加等情况。

[0077] 本发明的一个实施例，所述一级螺杆201由驱动系统10驱动，所述三级螺杆203与所述一级螺杆201固定连接并同步驱动，所述二级螺杆202与机壳80固定连接，即二级螺杆
202与机壳80处于静止状态。

[0078] 本发明的一个实施例，一级螺杆201螺旋槽截面积沿流体流动方向逐渐减小，进而在向下输送物料的时候起到挤压的效果。根据需要，所述二级螺杆202螺旋槽截面积沿流体
流动方向亦可逐渐减小，以进一步增强挤压效果，或者截面积固定不变以起到辅助计量作
用，亦可做成非连续的螺旋槽或直槽以增强搅拌作用，最后一级热流道(如三级热流道)通
常起到计量作用，其螺旋截面积沿流体流动方向可以没有变化。截面积是与体积相对应的
物理量。

[0079] 此外，更进一步的，所述第一螺杆上的螺旋可以分为若干段，每一段的螺距、螺槽深度都可根据需要选取。

[0080] 本发明的一个实施例，所述第三螺杆的下方设有一喷嘴系统40，所述喷嘴系统40与三级热流道处于导通状态。在本发明中，可以采用现有的各种喷嘴系统40用以将挤出机
挤出的物料输出，这都属于本发明的保护范围之内。此外，若不采用喷嘴系统40，而直接采
用本发明的挤出机直接输出则属于本发明的变劣的实施方式，但也能实现物料输出的功
能，这也落入本发明的保护范围之内。

[0081] 本发明的一个实施例，所述喷嘴系统40的两侧还分别设有压力传感器61和流量传感器62。在上述实施例中，所述压力传感器61用以测量三级热流道出口处物料的压力。当
然，所述压力传感器61和流量传感器62设置在三级热流道的末段，二者的设置位置可以在
同一侧。

[0082] 本发明的一个实施例，所述机壳80的一侧设有进料口50。所述进料口50与供料系统51通过管路相连。

[0083] 本发明的一个实施例，所述供料系统51是气动供料系统，所述气动供料系统将颗粒状或粉末状的固体物料输送到进料口50，并顺次通过一级热流道、二级热流道、三级热流
道、喷嘴系统40。对本发明进一步的拓展，而采用气动供料系统时，可以设置多个管路，每一
管路输入一种或多种物料。气动供料系统还具有烘干装置，用以对物料进行预热、烘干，避
免湿态的物料不容易被气流喷入挤出机内。由于物料经过预热，还可进一步降低挤出机的
长度。

[0084] 本发明的一个实施例，所述固体物料在一级热流道、二级热流道、三级热流道中的输送路径呈连续的N字形。

[0085] 对本发明做出一种变形，本变形也属于本发明的保护范围之内：对三重回旋做出改进，一级螺杆201保留，一级螺杆201与机壳80之间形成一级热流道，而二级热流道、三级
热流道是没有螺旋的光滑通道，或者，表面具有增强搅拌作用的凸起特征，若如此则主要通
过第一螺杆实现挤压、并提供增压、输送动力，而二级热流道、三级热流道实现延长加热时
间、加强搅拌作用、稳定物料流动的作用。若二级热流道、三级热流道是固体中的回旋通孔
亦可实现上述目的，此时，二级热流道、三级热流道并没有采用螺杆，但也实现了与采用二
级螺杆202、三级螺杆203相同或类似的功能，如此，本实施例也属于本发明的保护范围之
内。

[0086] 本发明的一个实施例，所述机壳80上还设有一用以排放气动供料系统所导入气体的出风口501。

[0087] 本发明的一个实施例，所述出风口501还设有一过滤网。所述出风口501并不限定过滤网的安装形式。

[0088] 本发明的一个实施例，所述机壳80的外侧还设有加热装置30。

[0089] 本发明的一个实施例，所述加热装置30为电加热装置30。在上述实施例中，并不限定电加热装置30的安装方式。

[0090] 本发明的一个实施例，所述电加热装置30还与一温控系统相连，所述温控系统控制所述电加热装置30的发热量。通过控制发热量用以将不同熔点的物料熔化，由于不同种
类的物料相变所需的热量不均一，若所输入的物料为多种，如此多种的物料以及不同的流
速所需要的热量也不尽相同，因此本发明采用宽范围的温度控制系统。此外，本发明还可以
采用其他的加热装置30。

[0091] 本发明的一个实施例，所述气动供料系统还包括一套预热烘干装置，所述预热烘干装置将固体物料预热至预设的温度并将多余的水分及其他挥发物排除。

[0092] 本发明的一个实施例，所述驱动系统10是减速电机。

[0093] 本发明的一个实施例，所述减速电机通过法兰盘与一级螺杆201可拆卸连接。此外，所述减速电机与一级螺杆201之间还可以采用联轴器等连接部件进行连接，而采用其他
连接部件将减速电机与一级螺杆201进行动力传递都属于本发明的保护范围之内。具体而
言，所述减速电机包括有电机和减速齿轮箱。

[0094] 本发明的一个实施例，所述喷嘴系统40包括有至少一套3D打印用喷嘴。优选为4套或6套。

[0095] 本发明的一个实施例，所述喷嘴系统40包括有多个合理分布的3D打印用喷嘴。根据需要本发明可以采用更多个喷嘴，这些喷嘴呈环形、直线型、星形等拓扑形状。此外，最为
优选的，这些喷嘴的末端在非打印工作状态下共平面。

[0096] 本发明的一个实施例，每一喷嘴的口径皆可根据需要选择。为了便于打印，在一个挤出机上，可以安装口径系列变化的喷嘴，用以根据需要输出适合口径的物料。

[0097] 本发明的一个实施例，所述供料系统51所输送的固体物料为热塑性的固体材料。或者是光固化以及化学反应固化或者气硬性的材料。

[0098] 本发明的一个实施例，所述固体物料是金属粉末、陶瓷颗粒、玻璃粉末、塑胶颗粒中的一种或多种。更进一步的，所述固体物料中还可以掺入液体状、膏状材料。

[0099] 本发明的一个实施例，所述机壳80采用耐腐蚀材料制成。本发明所采用的螺杆也采用耐腐蚀材料制成。本发明还优选耐高温材料，各螺杆或机壳80上还可采用耐腐蚀涂层
或者其他表面处理工艺，用以提升本发明的耐腐蚀性能、耐高温性能、以及耐磨性能。

[0100] 为了解决在需要高速进料时，上述的实施例进料速度不足的技术问题，本发明的一个实施例：所述机壳80内壁靠近所述一级热流道进料端处设有进料锥口801。通过设置进
料锥口801，可适应大小不同颗粒的物料，一级螺杆每转动一周其进料量会增加，进而适应
挤出机的高速进料。

[0101] 请参阅图2和图3，本发明还公开一种控制系统，包括：控制电路70；温控系统，所述温控系统与控制电路70电连接；压力传感器61，所述压力传感器61与控制电路70电连接；流
量传感器62，所述流量传感器62与控制电路70电连接；驱动系统10，所述驱动系统10与控制
电路70电连接，其中，所述温控系统通过反馈调节控制固体物料的熔化状态，所述压力传感
器61、流量传感器62监测三级热流道出口处熔融态物料的压力、流量参数并回传至控制电
路70，控制电路70根据压力、流量参数反馈调节驱动系统10的动力输出参数，使熔融态物料
从喷嘴流出时的实际流量处于预设的流量阈值范围内。

[0102] 更进一步的，所述压力传感器61也可以是其它压力测量装置，如测量注塑机热流道的压力测量装置也可以用于本发明之中。此外，压力传感器61测量的参数可通过模数转
换电路输入到控制电路。此外，流量传感器62可以是电子流量传感器，如夹钳式流量计，当
然也可以采用其他种类的流量检测装置，而这些实施例都落入本发明的保护范围之内。

[0103] 本发明的一个实施例，所述控制电路70设于一电控箱内，所述电控箱上还设有一显示屏。此外，所述电控箱上还设有调节旋钮或者按键。

[0104] 本发明的工作原理(以三重螺杆为例进行说明)：固体物料通过气动进料系统鼓吹进入进料口50，多余的气体经过出风口501排出，固体物料则进入机壳80的容腔中，在一级
螺杆的转动作用下固体物料被压入一级热流道，在电加热装置30的加热作用下逐渐熔化，
固体物料在行进至一级热流道的末端之前熔化完毕，固体物料间隙中的气体则向上经一级
热流道再经出风口501排出，固体物料在一级热流道内受到挤压；熔化后的物料进入二级热
流道，在一级热流道、二级热流道转向改变处得到进一步的搅拌，物料继续被加热，若出现
未被熔化的固体物料，在二级热流道内也可以使之熔化；物料从二级热流道流出顺次进入
三级热流道，在二级热流道、三级热流道的转向交汇处物料再次被加强搅拌，同时二级热流
道、三级热流道中残留的气体在压力作用下也会汇集于此处，并从此处的第二微孔2021处
排出至一级热流道的上部进料处，且由于该第二微孔2021孔隙非常小随气体所泄露的物料
也非常少，随气体泄露出的物料被一级热流道上部前进中的物料带动重新进入一级热流道
内，如此循环完成排气过程。最终，物料在最后一级螺杆底部从喷嘴系统40喷出。一级螺杆
201、二级螺杆202皆中空设置，最后一级螺杆中心可以不是中空的，且一级螺杆201的直径
大于二级螺杆202，二级螺杆202的直径大于三级螺杆203的直径，一级螺杆201的导程小于
二级螺杆202的导程，二级螺杆的导程小于三级螺杆的导程，一级螺杆201的螺旋角大于二
级螺杆202的螺旋角，二级螺杆202的螺旋角大于三级螺杆203的螺旋角，如此，三重螺杆导
程逐渐增大，螺旋角逐渐平缓，螺杆利用摩擦力带动物料前进，导程越大，其输送物料的动
力越差，物料越容易滞后于螺杆的转速，如此，通过设置三级导程，虽然第三螺杆的导程较
大、螺旋角较陡峭，但在前两级螺杆的作用下，物料能保持与第三螺杆相匹配的速度前进。
而若采用单一一根螺杆的现有挤压机，就不便于大范围的变化其导程，就算单一螺杆在轴
向上分段设置螺旋槽，也难以实现本发明的导程三阶段大幅度变化的效果。而本发明采用
三重螺杆，由于三重螺杆的直径不同，就较容易在理论挤出量相近的情况下几倍的改变导
程。物料在一级热流道中，其轴向行进速度较慢，这也便于对其进行加热、熔化。通过设置三
级导程，最终实现了物料稳定的输出。

[0105] 综上所述，本发明的挤出机大幅度缩小了长度，使工业级3D打印机的尺寸可以进一步缩小。本发明采用多重回旋挤出技术，3D打印用物料在连续的N字形的一级热流道、二
级热流道、三级热流道中经过加热熔化、并经历三次增压，从三级热流道输出的物料其流量
稳定，使用起来非常安全、可靠，精度高。物料在一级热流道内经过挤压、加热融化、混合，在
二级热流道内进一步增压、融化、混合，在三级热流道中实现等压输送。能耗低。本发明散热
面积小，热能利用率高。本发明还采用反馈调节机制，进一步提升了对输出流量的控制精
度。本发明稳定性好，可靠性佳，操作使用方便，设计新颖，实用性强，易于推广应用。

[0106] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何
的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0107] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。